特許 6431992 熱電変換素子および熱電変換モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6431992

(24)【登録日】2018年11月9日

(45)【発行日】2018年11月28日

(54)【発明の名称】熱電変換素子および熱電変換モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 35/32 20060101AFI20181119BHJP

   H01L 35/30 20060101ALI20181119BHJP

   H01L 35/24 20060101ALI20181119BHJP

   H01L 35/22 20060101ALI20181119BHJP

   H01L 35/16 20060101ALI20181119BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20181119BHJP

   H01L 35/14 20060101ALI20181119BHJP

【ＦＩ】

   H01L35/32 A

   H01L35/30

   H01L35/24

   H01L35/22

   H01L35/16

   H02N11/00 A

   H01L35/14

【請求項の数】12

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2017-551861(P2017-551861)

(86)(22)【出願日】2016年11月14日

(86)【国際出願番号】JP2016083699

(87)【国際公開番号】WO2017086271

(87)【国際公開日】20170526

【審査請求日】2018年5月1日

(31)【優先権主張番号】特願2015-224612(P2015-224612)

(32)【優先日】2015年11月17日

(33)【優先権主張国】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080159

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 望稔

(74)【代理人】

【識別番号】100152984

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 秀明

(74)【代理人】

【識別番号】100148080

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 史生

(72)【発明者】

【氏名】林 直之

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 広樹

【審査官】 今井 聖和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１５８７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５４７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０９８５７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５０８９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１９４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１６４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１６８２２４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３５／００

Ｈ０２Ｎ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シート状の低熱伝導部、ならびに、前記低熱伝導部に設けられる、前記低熱伝導部よりも熱伝導率が高い第１高熱伝導部および第２高熱伝導部、を有する基板と、
前記基板に設けられる熱電変換層と、
前記熱電変換層を覆う被覆層と、
前記被覆層に設けられる、前記被覆層よりも熱伝導率が高く、かつ、面方向に前記第１高熱伝導部と完全に重複しない第３高熱伝導部と、
面方向に前記熱電変換層を挟んで前記熱電変換層に接続される一対の電極と、を有し、
前記第１高熱伝導部および第２高熱伝導部が、前記低熱伝導部の熱電変換層と逆側の面に設けられ、
前記第２高熱伝導部は、前記第１高熱伝導部よりも薄く、さらに、面方向に前記第１高熱伝導部と離間し、かつ、面方向に前記熱電変換層および第３高熱伝導部と少なくとも一部が重複することを特徴とする熱電変換素子。

【請求項2】

前記第２高熱伝導部が金属製のシートである請求項１に記載の熱電変換素子。

【請求項3】

前記第２高熱伝導部と第３高熱伝導部とを接続する、前記基板の低熱伝導部および被覆層よりも熱伝導率が高い接続部材を有する請求項１または２に記載の熱電変換素子。

【請求項4】

前記接続部材が、前記低熱伝導部に設けられる、前記第２高熱伝導部に接続する第１接続部材と、前記被覆層に設けられる、前記第３高熱伝導部に接続する第２接続部材と、前記第１接続部材および第２接続部材を接続する第３接続部材と、を有する請求項３に記載の熱電変換素子。

【請求項5】

前記低熱伝導部に設けられる、前記第２高熱伝導部に接続する第１補助部材と、前記被覆層に設けられる、第２補助部材と、前記第１補助部材および第２補助部材を接続する第３補助部材と、を有し、かつ、
前記第１補助部材、第２補助部材および第３補助部材は、前記基板の低熱伝導部および被覆層よりも熱伝導率が高い請求項１または２に記載の熱電変換素子。

【請求項6】

前記第３高熱伝導部の熱抵抗が、前記第１高熱伝導部の熱抵抗よりも小さい請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱電変換素子。

【請求項7】

前記被覆層が粘着性を有するものであり、さらに、
貫通しない溝を有する金属製のシートを、前記溝の少なくとも一部が面方向に前記第１高熱伝導部と重複するように、前記溝を被覆層に向けて前記被覆層に設けた構成を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱電変換素子。

【請求項8】

前記被覆層が、樹脂製のシート、あるいはさらに、前記樹脂製のシートと熱電変換層との間に設けられる粘着層からなるものであり、
前記第３高熱伝導部が、金属製で、前記被覆層の前記熱電変換層と逆側の面に設けられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱電変換素子。

【請求項9】

前記基板の低熱伝導部が樹脂製であり、
前記第１高熱伝導部および第２高熱伝導部が、金属製である請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱電変換素子。

【請求項10】

請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱電変換素子を、複数、直列に接続してなる熱電変換モジュール。

【請求項11】

前記第３高熱伝導部側に、放熱フィンあるいは放熱シートが設けられる請求項１０に記載の熱電変換モジュール。

【請求項12】

前記熱電変換素子が一次元的もしくは二次元的に配列されており、全ての熱電変換素子に共通な、１枚の前記基板および１枚の前記被覆層を有し、
前記第１高熱伝導部、第２高熱伝導部および第３高熱伝導部は、前記熱電変換層の配列方向および前記熱電変換層への一対の電極の接続方向と直交する方向に長尺である請求項１０または１１に記載の熱電変換モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、良好な熱電変換性能を有する熱電変換素子、および、この熱電変換素子を用いる熱電変換モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

熱エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換することができる熱電変換材料が、熱によって発電する発電素子やペルチェ素子のような熱電変換素子に用いられている。
熱電変換素子は、熱エネルギーを直接電力に変換することができ、可動部を必要としない等の利点を有する。そのため、複数の熱電変換素子を接続してなる熱電変換モジュール（発電装置）は、例えば、焼却炉や工場の各種の設備など、排熱される部位に設けることで、動作コストを掛ける必要なく、簡易に電力を得ることができる。

【0003】

熱電変換素子は、一般的に、板状の基板の上に電極を有し、電極の上に熱電変換層（発電層）を有し、熱電変換層の上に板状の電極を有してなる構成を有する。このような熱電変換素子は、uni leg型の熱電変換素子とも呼ばれている。
すなわち、通常の熱電変換素子は、電極で熱電変換層を厚さ方向に挟持し、熱電変換層の厚さ方向に温度差を生じさせて、熱エネルギーを電気エネルギーに変換させている。

【0004】

これに対し、特許文献１および２には、熱電変換層の厚さ方向ではなく、高熱伝導部と低熱伝導部とを有する基板を用いて、熱電変換層の面方向に温度差を生じさせて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子が記載されている。
具体的には、特許文献１には、Ｐ型材料およびＮ型材料で形成された熱電変換層の両面に、熱伝導率が異なる２種類の材料で構成された柔軟性を有するフィルム基板を設け、熱伝導率が異なる材料を、基板の外面で、かつ、通電方向の逆側に位置するように構成した熱電変換素子が記載されている。

【0005】

また、特許文献２には、シート状の第１絶縁性部および第２絶縁性部と、両絶縁性部の間に収容される熱起電力を取り出すための第１端部および第２端部を有する板状の熱電変換層と、熱電変換層と第１絶縁性部との間に配置される、第１端部の第１絶縁性部側を覆う、第１絶縁性部よりも熱伝導率が高い第１高熱伝導性部と、板状部材と第２絶縁性部との間に配置された、板状部材の第２端部の第２絶縁性部側を覆う、第２絶縁性部よりも熱伝導率が高い第２高熱伝導性部とを有する素子が記載されている。

【0006】

このような高熱伝導部と低熱伝導部とを有する基板を用い、熱電変換層の面方向に温度差を生じさせて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子は、『in plane型の熱電変換素子』とも呼ばれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第３９８１７３８号公報

【特許文献2】特開２０１１−３５２０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

in plane型の熱電変換素子は、基板に設けられる高熱伝導部によって熱電変換層の面方向に温度差を生じさせて、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。そのため、薄い熱電変換層でも、温度差が生じる距離を長くして、効率の良い発電ができる。
さらに、熱電変換層を薄いシート状にできるので、フレキシブル性にも優れ、曲面等への設置も容易な熱電変換モジュールが得られる。

【0009】

ところが、本発明者らの検討によれば、in plane型の熱電変換素子でも、使用状況等によっては充分な発電量が得られない場合も有り、特に、自然空冷下においては、水冷や強制空冷下に比べ、発電量が低下し易い傾向にあることが判明した。

【0010】

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、基板に設けられた高熱伝導部および低熱伝導部によって、熱電変換層の面方向に温度差を生じさせて、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子において、自然空冷下であっても発電量を向上できる熱電変換素子、および、この熱電変換素子を用いる熱電変換モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

このような目的を達成するために、本発明の熱電変換素子は、シート状の低熱伝導部、ならびに、低熱伝導部に設けられる、低熱伝導部よりも熱伝導率が高い第１高熱伝導部および第２高熱伝導部、を有する基板と、
基板に設けられる熱電変換層と、
熱電変換層を覆う被覆層と、
被覆層に設けられる、被覆層よりも熱伝導率が高く、かつ、面方向に第１高熱伝導部と完全に重複しない第３高熱伝導部と、
面方向に熱電変換層を挟んで熱電変換層に接続される一対の電極と、を有し、
第２高熱伝導部は、第１高熱伝導部よりも薄く、さらに、面方向に第１高熱伝導部と離間し、かつ、面方向に熱電変換層および第３高熱伝導部と少なくとも一部が重複することを特徴とする熱電変換素子を提供する。

【0012】

このような本発明の熱電変換素子において、第２高熱伝導部が金属製のシートであるのが好ましい。
また、第２高熱伝導部と第３高熱伝導部とを接続する、基板の低熱伝導部および被覆層よりも熱伝導率が高い接続部材を有するのが好ましい。
また、接続部材が、低熱伝導部に設けられる、第２高熱伝導部に接続する第１接続部材と、被覆層に設けられる、第３高熱伝導部に接続する第２接続部材と、第１接続部材および第２接続部材を接続する第３接続部材と、を有するのが好ましい。
また、低熱伝導部に設けられる、第２高熱伝導部に接続する第１補助部材と、被覆層に設けられる、第２補助部材と、第１補助部材および第２補助部材を接続する第３補助部材と、を有し、かつ、第１補助部材、第２補助部材および第３補助部材は、基板の低熱伝導部および被覆層よりも熱伝導率が高いのが好ましい。
また、第３高熱伝導部の熱抵抗が、第１高熱伝導部の熱抵抗よりも小さいのが好ましい。
また、被覆層が粘着性を有するものであり、さらに、貫通しない溝を有する金属製のシートを、溝の少なくとも一部が面方向に第１高熱伝導部と重複するように、溝を被覆層に向けて被覆層に設けた構成を有するのが好ましい。
また、被覆層が、樹脂製のシート、あるいはさらに、樹脂製のシートと熱電変換層との間に設けられる粘着層からなるものであり、第３高熱伝導部が、金属製で、被覆層の熱電変換層と逆側の面に設けられるのが好ましい。
さらに、基板の低熱伝導部が樹脂製であり、第１高熱伝導部および第２高熱伝導部が、金属製で、低熱伝導部の熱電変換層と逆側の面に設けられるのが好ましい。

【0013】

また、本発明の熱電変換モジュールは、本発明の熱電変換素子を、複数、直列に接続してなる熱電変換モジュールを提供する。

【0014】

このような本発明の熱電変換モジュールにおいて、第３高熱伝導部側に、放熱フィンあるいは放熱シートが設けられるのが好ましい。
さらに、熱電変換素子が一次元的もしくは二次元的に配列されており、全ての熱電変換素子に共通な、１枚の基板および１枚の被覆層を有し、第１高熱伝導部、第２高熱伝導部および第３高熱伝導部は、熱電変換層の配列方向および熱電変換層への一対の電極の接続方向と直交する方向に長尺であるのが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

このような本発明によれば、基板に設けられた高熱伝導部および低熱伝導部によって、熱電変換層の面方向に温度差を生じさせて、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子において、自然空冷下であっても、熱電変換層における加熱側と冷却側との温度差を確保して、発電量を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】図１Ａは、本発明の熱電変換素子の一例を概念的に示す斜視図である。

【図1B】図１Ｂは、図１Ａに示す熱電変換素子を概念的に示す正面図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の熱電変換素子の別の例を説明するための概念図である。

【図2B】図２Ｂは、本発明の熱電変換素子の別の例を説明するための概念図である。

【図3】図３は、本発明の熱電変換素子の別の例を概念的に示す斜視図である。

【図4】図４は、本発明の熱電変換素子の別の例を概念的に示す斜視図である。

【図5A】図５Ａは、本発明の熱電変換素子の別の例を概念的に示す正面図である。

【図5B】図５Ｂは、図５Ａに示す熱電変換素子を概念的に示す平面図である。

【図6A】図６Ａは、本発明の熱電変換素子の別の例を概念的に示す正面図である。

【図6B】図６Ｂは、図６Ａに示す熱電変換素子を概念的に示す平面図である。

【図7A】図７Ａは、本発明の熱電変換モジュールの一例を説明するための概念図である。

【図7B】図７Ｂは、本発明の熱電変換モジュールの一例を説明するための概念図である。

【図7C】図７Ｃは、本発明の熱電変換モジュールの一例を説明するための概念図である。

【図7D】図７Ｄは、本発明の熱電変換モジュールの一例を説明するための概念図である。

【図7E】図７Ｅは、本発明の熱電変換モジュールの一例を説明するための概念図である。

【図8A】図８Ａは、本発明の熱電変換素子に用いられる基板の別の例を示す概念図である。

【図8B】図８Ｂは、本発明の熱電変換モジュールに用いられる基板の別の例を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の熱電変換素子および熱電変換モジュールについて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。

【0018】

図１Ａに、本発明の熱電変換素子の一例を斜視図によって概念的に示す。また、図１Ｂに、図１Ａに示す熱電変換素子を、図１Ａの紙面正面側から見た図（正面図）を示す。

【0019】

図１Ａおよび図１Ｂに示す熱電変換素子１０は、基本的に、第１基板１２と、熱電変換層１６と、粘着層１８と、第２基板２０と、電極２６および電極２８とを有して構成される。
具体的には、第１基板１２の表面には、熱電変換層１６が設けられる。また、第１基板１２の表面には、熱電変換層１６を第１基板１２の基板面方向に挟むようにして、熱電変換層１６に接続する電極２６および電極２８（電極対）が設けられる。さらに、第１基板１２、熱電変換層１６、電極２６および電極２８を覆うように、粘着層１８が設けられ、この粘着層１８には、第２基板２０が貼着される。

【0020】

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１基板１２は、シート状（フィルム状、板状）の低熱伝導部１２ａと、低熱伝導部１２ａの一面に設けられる第１高熱伝導部１２ｂおよび第２高熱伝導部１２ｃとを有する。第１高熱伝導部１２ｂおよび第２高熱伝導部１２ｃは、共に、低熱伝導部１２ａよりも熱伝導率が高い。
他方、第２基板２０も、シート状の低熱伝導部２０ａと、低熱伝導部２０ａに設けられる第３高熱伝導部２０ｂとを有する。第３高熱伝導部２０ｂは、粘着層１８および低熱伝導部２０ａよりも熱伝導率が高い。
さらに、後に詳述するが、第２高熱伝導部１２ｃは、第１高熱伝導部１２ｂよりも薄く、さらに、面方向に第１高熱伝導部１２ｂと離間し、かつ、面方向に少なくとも一部が熱電変換層１６および第３高熱伝導部２０ｂと重複する。
本発明において、『面方向』とは、第１基板１２の基板面方向すなわちシート状の低熱伝導部１２ａの面方向である。

【0021】

熱電変換素子１０においては、第１基板１２が本発明における基板に、粘着層１８および第２基板２０の低熱伝導部２０ａが本発明における被覆層に、それぞれ対応する。

【0022】

熱電変換素子１０において、両基板は、第１高熱伝導部１２ｂと第３高熱伝導部２０ｂとが、電極２６と電極２８との離間方向に異なる位置となるように配置される。
電極２６と電極２８との離間方向とは、すなわち通電方向である。以下、電極２６と電極２８との離間方向、すなわち、通電方向であり、かつ、熱電変換層１６における熱伝導方向でもある方向を、『離間方向』とも言う。

【0023】

熱電変換素子１０は、低熱伝導部１２ａおよび第１高熱伝導部１２ｂを有する第１基板１２と、低熱伝導部２０ａおよび第３高熱伝導部２０ｂを有する第２基板２０とを有し、第１高熱伝導部１２ｂと第３高熱伝導部２０ｂとを面方向に異なる位置として、熱電変換層１６および粘着層１８を、第１基板１２と第２基板２０とで挟持した構成を有する。
すなわち、熱電変換素子１０は、前述のin plane型の熱電変換素子であって熱電変換層１６の面方向に温度差を生じさせて、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。
この点に関しては、後に詳述する。

【0024】

図示例の熱電変換素子１０において、第１基板１２および第２基板２０は、第１基板１２が第２高熱伝導部１２ｃを有する以外、配置位置、表裏や面方向（基板面方向）の向きが異なるのみで、基本的な構成は同じである。すなわち、第１基板１２および第２基板２０において、低熱伝導部１２ａおよび低熱伝導部２０ａ、ならびに、第１高熱伝導部１２ｂおよび第３高熱伝導部２０ｂは、同じものである。
従って、以下の説明では、第１基板１２と第２基板２０とを区別する必要が有る場合を除いて、第１基板１２を代表例として説明を行う。なお、第１基板１２の第２高熱伝導部１２ｃについては、後に詳述する。

【0025】

図示例の熱電変換素子１０において、第１基板１２（第２基板２０）は、低熱伝導部１２ａ（低熱伝導部２０ａ）の離間方向を端部から所定部分まで覆うように、低熱伝導部１２ａに第１高熱伝導部１２ｂを積層してなる構成を有する。
従って、第１基板１２の一面は、離間方向の端部から所定領域までが低熱伝導部１２ａで、残りの領域は第１高熱伝導部１２ｂとなる。また、第１基板１２の他方の面は、全面が低熱伝導部１２ａとなる。
熱電変換素子１０では、第１基板１２の低熱伝導部１２ａの第１高熱伝導部１２ｂが形成されていない側の面が、熱電変換層１６の形成面となる。また、第２基板２０は、第３高熱伝導部２０ｂが形成されていない側の面が、熱電変換層１６（粘着層１８）側の面となる。

【0026】

なお、本発明の熱電変換素子において、第１基板１２は、低熱伝導部の表面に高熱伝導部を積層してなる構成以外にも、各種の構成が利用可能である。例えば、第１基板は、図８Ａに概念的に示すように、低熱伝導部１２ａとなる板状物の、一方の面の所定領域に凹部を形成して、この凹部に、第１高熱伝導部１２ｂを組み込んだ構成でもよい。また、この構成の第１基板では、同様に凹部を形成して、凹部に第２高熱伝導部１２ｃを組み込んでもよい。

【0027】

低熱伝導部１２ａは、ガラス板、セラミックス板、プラスチックフィルムなどの樹脂材料（高分子材料）からなるフィルムなど、絶縁性を有し、かつ、熱電変換層１６や電極２６等の形成等に対する十分な耐熱性を有するものであれば、各種の材料からなる物が利用可能である。
好ましくは、低熱伝導部１２ａには、樹脂材料からなるフィルムが利用される。低熱伝導部１２ａに樹脂材料からなるフィルムを用いることにより、軽量化やコストの低下を計ると共に、可撓性を有する熱電変換素子１０（熱電変換モジュール）が作製可能となり、好ましい。

【0028】

低熱伝導部１２ａに利用可能な樹脂材料としては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（１，４−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート）、ポリエチレン−２，６−フタレンジカルボキシレート等のポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等の樹脂、ガラスエポキシ、液晶性ポリエステル等が例示される。
中でも、熱伝導率、耐熱性、耐溶剤性、入手の容易性や経済性等の点で、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等からなるフィルムは、好適に利用される。

【0029】

本発明において、高熱伝導部および低熱伝導部とは、隣接する層（隣接する高熱伝導部もしくは低熱伝導部）に対して熱伝導率が高い、もしくは低いことを示す。隣接する高熱伝導部と低熱伝導部との熱伝導率の比は、１００：１以上が好ましく、５００：１以上がより好ましく、１０００：１以上がさらに好ましい。
従って、第１高熱伝導部１２ｂは、低熱伝導部１２ａ（あるはさらに粘着層１８）よりも熱伝導率が高いものであれば、各種の材料からなるものが例示される。
第１高熱伝導部１２ｂの形成材料としては、具体的には、熱伝導率等の点で、金、銀、銅、アルミニウム等の各種の金属が例示される。中でも、熱伝導率、経済性等の点で、銅やアルミニウムは好適に利用される。また、可撓性を有する熱電変換素子（熱電変換モジュール）を得られる等の点で、第１高熱伝導部１２ｂには、金属製のシート（金属箔を含む）も、好適に利用される。

【0030】

なお、本発明において、第１基板１２の厚さ、低熱伝導部１２ａの厚さ、第１高熱伝導部１２ｂの厚さ等は、第１高熱伝導部１２ｂおよび低熱伝導部１２ａの形成材料、熱電変換素子１０のサイズ等に応じて、適宜、設定すればよい。
なお、本発明において、厚さとは、言い換えれば、第１基板１２、熱電変換層１６、粘着層１８および第２基板２０（被覆層）の積層方向のサイズである。また、第１基板１２の厚さとは、第１高熱伝導部１２ｂが無い領域の低熱伝導部１２ａの厚さである。
本発明者らの検討によれば、第１基板１２の厚さは、２〜１００μｍが好ましく、２〜５０μｍがより好ましい。

【0031】

また、第１基板１２の面方向のサイズ、第１基板１２における第１高熱伝導部１２ｂの面方向の面積率等も、低熱伝導部１２ａおよび第１高熱伝導部１２ｂの形成材料、熱電変換素子１０のサイズ等に応じて、適宜、設定すればよい。なお、面方向のサイズや面積率とは、すなわち、面方向と直交する方向から見た際のサイズや面積率である。

【0032】

さらに、第１基板１２における第１高熱伝導部１２ｂの面方向の位置も、図示例に限定されず、各種の位置が利用可能である。
例えば、第１基板１２において、第１高熱伝導部１２ｂは、面方向において低熱伝導部１２ａに内包されてもよい。また、第１高熱伝導部１２ｂは、面方向において、一部を第１基板１２の端部に位置し、それ以外の領域が低熱伝導部１２ａに内包されてもよい。
さらに、第１基板１２は、面方向に複数の第１高熱伝導部１２ｂを有してもよい。

【0033】

なお、図１Ａおよび図１Ｂに示す熱電変換素子１０においては、第１基板１２と第２基板２０との間での温度差を生じ易い好ましい態様として、第１基板１２および第２基板２０は、共に、第１高熱伝導部１２ｂおよび第３高熱伝導部２０ｂを積層方向の外側に位置している。
しかしながら、本発明は、これ以外にも、第１基板１２および第２基板２０が、共に、第１高熱伝導部１２ｂおよび第３高熱伝導部２０ｂを積層方向の内側に位置する構成でもよい。あるいは、第１基板１２が第１高熱伝導部１２ｂを積層方向の外側に位置し、第２基板２０が第３高熱伝導部２０ｂを積層方向の内側に位置するような構成でもよい。
なお、高熱伝導部が金属等の導電性を有する材料で形成され、かつ、高熱伝導部が積層方向の内側に配置される構成において、高熱伝導部と、電極２６、電極２８および熱電変換層１６の少なくとも１つとが電気的に接続されてしまう場合には、高熱伝導部と、電極２６、電極２８および熱電変換層１６の少なくとも１つとの絶縁性を確保するために、間に絶縁層を設けてもよい。

【0034】

熱電変換素子１０において、第１基板１２の全面が低熱伝導部１２ａである面には、熱電変換層１６が形成される。
また、熱電変換層１６の上には、粘着層１８を介して第２基板２０が設けられる。第２基板２０は、低熱伝導部２０ａの第３高熱伝導部２０ｂが形成されていない側の面を熱電変換層１６に向けて設けられる。

【0035】

両基板において、第１高熱伝導部１２ｂおよび第３高熱伝導部２０ｂは、熱電変換層１６の面方向に効率的に温度差を生じさせるように配置される。
即ち、両基板の第１高熱伝導部１２ｂおよび第３高熱伝導部２０ｂは、熱電変換層１６に対して、面方向に異なる位置に配置されるのが好ましく、第１高熱伝導部１２ｂおよび第３高熱伝導部２０ｂの対面する側の端部を熱電変換層１６の離間方向の中心に一致して設けるのがより好ましく、図示例のように、第１高熱伝導部１２ｂおよび第３高熱伝導部２０ｂの対面する側の端部が離間方向に離間するように配置されるのがさらに好ましい。
特に、第１高熱伝導部１２ｂと第３高熱伝導部２０ｂとは、離間方向における熱電変換層１６のサイズに対して、離間方向に１０〜９０％離間させるのが好ましく、１０〜５０％離間させるのがより好ましい。

【0036】

また、熱電変換層１６には、面方向に挟むように、電極２６および電極２８からなる電極対が接続される。

【0037】

なお、熱電変換素子１０において、第１基板１２の第１高熱伝導部１２ｂを形成されていない側の表面には、必要に応じて、密着層を有してもよい。密着層を有することにより、第１基板１２と、熱電変換層１６や電極２６および電極２８との密着性を良好にして、耐屈曲性など、機械的強度が良好な熱電変換素子（熱電変換モジュール）が得られる。

【0038】

密着層は、第１基板１２（低熱伝導部１２ａ）、熱電変換層１６、電極２６および電極２８の形成材料に応じて、熱電変換層１６や両電極と第１基板１２との密着性を確保できるものであれば、各種のものが利用可能である。
例えば、熱電変換層１６の形成材料として、ニッケルやニッケル合金を用いる場合や、電極２６および電極２８の形成材料として、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金、白金等を用いる場合には、密着層としては、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、クロム、チタン等からなる層が例示される。
また、密着層を酸化珪素等の金属酸化物で形成することにより、第１基板１２を通過した水分から熱電変換層１６を保護する、ガスバリア層としての作用も得られる。

【0039】

熱電変換素子１０は、熱源との接触などによる加熱によって熱電変換層１６の内部に温度差が生じることにより、この温度差に応じて、熱電変換層１６の内部において、この温度差の方向のキャリア密度に差が生じ、電力が発生する。

【0040】

本発明の熱電変換素子１０において、熱電変換層１６は、公知の熱電変換材料を用いる各種の構成が、全て、利用可能である。従って、有機系の熱電変換材料を用いる物であっても、無機系の熱電変換材料を用いるものであってもよい。
熱電変換層１６に用いられる無機系の熱電変換材料としては（１）ＢｉＳｂＴｅ、ＢｉＳｅＴｅ、ＢｉＴｅなどのＢｉＴｅ系、（２）ＣｏＳｂ₃、Ｚｎ₄Ｓｂ₃などのアンチモン（Ｓｂ）含有化合物、（３）Ｍｇ₂Ｓｉ、β―ＦｅＳｉ₂、ＳｉＧｅなどのシリサイド化合物、（４）ＳｒＴｉＯ₃、ＺｎＯ、ＴｉＯ₂などの酸化物半導体、（５）Ｆｅ−Ａｌなどの金属間化合物、（６）ニッケル、ニクロム、クロメル、コンスタンタンなどのニッケル、ならびにニッケル合金などの公知の材料が好適に使用できる。
なお、ニッケル合金は、温度差を生じることで発電するニッケル合金が、各種、利用可能である。具体的には、バナジウム、クロム、シリコン、アルミニウム、チタン、モリブデン、マンガン、亜鉛、錫、銅、コバルト、鉄、マグネシウム、ジルコニウムなどの１成分、もしくは、２成分以上と混合したニッケル合金等が例示される。

【0041】

熱電変換層１６に用いられる熱電変換材料としては、例えば、導電性高分子や導電性ナノ炭素材料等の有機材料も好適に例示される。
導電性高分子としては、共役系の分子構造を有する高分子化合物（共役系高分子）が例示される。具体的には、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフルオレン、アセチレン、ポリフェニレンなどの公知のπ共役高分子等が例示される。特に、ポリジオキシチオフェンは、好適に使用できる。

【0042】

導電性ナノ炭素材料としては、具体的には、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラファイト、グラフェン、カーボンナノ粒子等が例示される。これらは、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。以下、『カーボンナノチューブ』を『ＣＮＴ』とも言う。
中でも、熱電特性がより良好となる理由から、ＣＮＴが好ましく利用される。

【0043】

ＣＮＴには、１枚の炭素膜（グラフェン・シート）が円筒状に巻かれた単層ＣＮＴ、２枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた２層ＣＮＴ、及び複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層ＣＮＴがある。本発明においては、単層ＣＮＴ、２層ＣＮＴ、多層ＣＮＴを各々単独で用いてもよく、２種以上を併せて用いてもよい。特に、導電性および半導体特性において優れた性質を持つ単層ＣＮＴおよび２層ＣＮＴを用いるのが好ましく、単層ＣＮＴを用いるのがより好ましい。
単層ＣＮＴは、半導体性のものであっても、金属性のものであってもよく、両者を併せて用いてもよい。半導体性ＣＮＴと金属性ＣＮＴとを両方を用いる場合、組成物中の両者の含有比率は、組成物の用途に応じて適宜調整することができる。また、ＣＮＴには金属などが内包されていてもよく、フラーレン等の分子が内包されたものを用いてもよい。
ＣＮＴは、修飾あるいは処理されたものであってもよい。さらに、熱電変換層１６にＣＮＴを利用する場合には、ドーパント（アクセプタ）を含んでいてもよい。

【0044】

本発明の熱電変換素子１０において、熱電変換層１６の厚さ、面方向のサイズ、基板に対する面方向の面積率等は、熱電変換層１６の形成材料、熱電変換素子１０のサイズ等に応じて、適宜、設定すればよい。

【0045】

このような熱電変換層１６には、面方向に挟持するように、電極２６および電極２８が接続される。熱電変換素子１０において、電極２６および電極２８は、端部を熱電変換層１６に覆われて、熱電変換層１６に接続される。

【0046】

電極２６および電極２８は、必要な導電率を有するものであれば、各種の材料で形成可能である。
電極２６および電極２８の形成材料としては、具体的には、銅、銀、金、白金、ニッケル、アルミニウム、コンスタンタン、クロム、インジウム、鉄、銅合金などの金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の各種のデバイスで透明電極として利用されている材料等が例示される。中でも、銅、金、銀、白金、ニッケル、銅合金、アルミニウム、コンスタンタン等は好ましく例示され、銅、金、銀、白金、ニッケルは、より好ましく例示される。
電極２６および電極２８は、例えば、クロム層の上に銅層を形成してなる構成等、積層電極であってもよい。

【0047】

電極２６および電極２８の厚さやサイズ、形状等も、熱電変換層１６の厚さやサイズ、形状、熱電変換素子１０のサイズ等に応じて、適宜、設定すればよい。

【0048】

図示例の熱電変換素子において、電極２６および電極２８は、離間方向の端部を熱電変換層１６に覆われて、熱電変換層１６に接続されている。
本発明は、これ以外にも、電極２６および電極２８は、各種の構成が利用可能である。一例として、図２Ａに概念的に示すように、熱電変換層１６の端部から端面に沿って立ち上がり、熱電変換層１６の上面の端部近傍に到る電極２６および電極２８が例示される。また、図２Ｂに概念的に示すように、熱電変換層１６の端部に当接する電極２６および電極２８も利用可能である。さらに、電極２６と電極２８とは、構成が異なってもよい。

【0049】

熱電変換素子１０において、熱電変換層１６、電極２６および電極２８を覆って、粘着層１８が積層される。粘着層１８は、十分な密着力で第２基板２０を貼着するためのものである。また、粘着層１８は、絶縁層としての作用を有してもよい。
粘着層１８の形成材料は、熱電変換層１６、電極２６および電極２８の形成材料と、第２基板２０（低熱伝導部２０ａ）の形成材料とに応じて、両者を貼着可能なものが、各種、利用可能である。
具体的には、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ＥＶＡ、α-オレフィンポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ゼラチン、デンプン等が例示される。また、粘着層１８は、市販の接着剤、粘着剤、両面テープや粘着フィルム等を利用して形成してもよい。

【0050】

粘着層１８の厚さは、粘着層１８の形成材料、熱電変換層１６に起因する段差のサイズ等に応じて、熱電変換層１６等と第２基板２０とを十分な密着力で貼着できる厚さを、適宜、設定すればよい。
なお、粘着層１８は、基本的に、薄い方が、熱電変換性能を高くできる。具体的には、粘着層１８の厚さは、５〜１００μｍが好ましく、５〜５０μｍがより好ましい。
粘着層１８の厚さを５μｍ以上とすることにより、熱電変換層１６に起因する段差を十分に埋められる、良好な密着性あるいはさらに高い絶縁性が得られる等の点で好ましい。
粘着層１８の厚さを１００μｍ以下、特に５０μｍ以下とすることにより、熱電変換素子１０（熱電変換モジュール）の薄膜化を計れる、可撓性の良好な熱電変換素子１０を得ることができる、粘着層１８の熱抵抗を小さくでき、より良好な熱電変換性能が得られる等の点で好ましい。

【0051】

なお、必要に応じて、密着性を向上するために、熱電変換層１６と粘着層１８との界面、電極２６と粘着層１８との界面、電極２８と粘着層１８との界面、および、粘着層１８と第２基板２０との界面の１以上において、界面を形成する表面の少なくとも１面に、プラズマ処理、ＵＶオゾン処理、電子線照射処理等の公知の表面処理を施して、表面の改質や清浄化を行ってもよい。

【0052】

前述のように、粘着層１８の上には、全面が低熱伝導部２０ａである側を粘着層１８に向けて、第２基板２０が積層、貼着されて、熱電変換素子１０が構成される。また、第１基板１２の第１高熱伝導部１２ｂと第２基板２０の第３高熱伝導部２０ｂとは、離間方向に異なる位置に配置される。
本発明の熱電変換素子１０（熱電変換モジュール）は、基本的に、第１基板１２（第１高熱伝導部１２ｂ）側が熱源３０側となるように設置され、第２基板２０側に放熱フィン等の放熱手段３２が設けられて、使用される。
従って、熱源３０の熱は、第１高熱伝導部１２ｂから低熱伝導部１２ａ等を通過して熱電変換層１６の図中右側に至り、熱電変換層１６を図中右側から図中左側に面方向に伝って、低熱伝導部２０ａ等を通過して、放熱手段３２が設けられる第３高熱伝導部２０ｂから、放熱される。
これにより、前述のように、離間方向において、第１高熱伝導部１２ｂ側すなわち加熱側と、第３高熱伝導部２０ｂ側すなわち冷却側との間で、熱電変換層１６内に温度差が生じ、熱電変換層１６の内部において、この温度差の方向のキャリア密度に差が生じ、発電する。また、電極２６および電極２８に配線を接続することにより、加熱によって発生した電力（電気エネルギー）が取り出される。

【0053】

このように、前述のin plane型である本発明の熱電変換素子１０は、熱電変換層１６の面方向に温度差を生じさせて、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。そのため、薄い熱電変換層１６でも、熱電変換層１６内において温度差が生じる距離を長くして、効率の良い発電ができる。
さらに、熱電変換層を薄いシート状にできるので、フレキシブル性にも優れ、曲面等への設置も容易な熱電変換モジュールが得られる。

【0054】

ところが、本発明者らの検討によれば、in plane型の熱電変換素子は、このような利点を有する反面、水冷や強制空冷下に比べ、自然空冷下において、発電量が低下し易い傾向にあることが判明した。

【0055】

本発明者らは、この原因について検討を重ねた結果、以下の知見を得た。
すなわち、in plane型の熱電変換素子は、高熱伝導部と低熱伝導部とを有する基板を用いて、熱電変換層の面方向に温度差を生じさせる構成を有する。この構成によれば、面方向に温度差を生じさせる距離を長くできる反面、構成上、熱源と、熱電変換層における冷却される側との距離が非常に近くなる。図１Ａおよび図１Ｂに示す熱電変換素子１０であれば、熱源３０と、熱電変換層１６における冷却側である離間方向の図中左側の領域との距離は、第１高熱伝導部１２ｂの厚さ分しか無い。
そのため、熱源と基板との間の空気層を介した熱伝導により、熱電変換層の冷却側が加熱され易く、熱電変換層における加熱側と冷却側との間の温度差が小さくなって、発電量が低下してしまう。図１Ａおよび図１Ｂに示す熱電変換素子１０であれば、熱電変換層１６の加熱側である離間方向の第１高熱伝導部１２ｂ側の温度と、熱電変換層１６の冷却側である離間方向の第３高熱伝導部２０ｂ側との温度差が小さくなって、発電量が低下してしまう。
特に、自然空冷下では、熱電変換層１６における第３高熱伝導部２０ｂ側すなわち冷却側における冷却が追い付かずに、熱電変換層１６における加熱側と冷却側との温度差が小さくなり易く、発電量が低下し易い。

【0056】

これに対し、本発明の熱電変換素子１０は、第１基板１２に、第１高熱伝導部１２ｂよりも薄く、さらに、面方向に第１高熱伝導部１２ｂと離間し、かつ、面方向に、少なくとも一部が熱電変換層１６および第３高熱伝導部２０ｂと重複する第２高熱伝導部１２ｃを有する。
そのため、本発明の熱電変換素子１０では、熱源と基板との間の空気層を介して伝熱された熱等、熱電変換層１６の冷却側を加熱する不要な熱を、第２高熱伝導部１２ｃから放熱できる。その結果、自然放冷下であっても、不要な吸熱による熱電変換層１６の冷却側の加熱を防止して、冷却側を充分に冷却できる。
本発明の熱電変換素子１０は、このような構成を有することにより、自然放冷下においても、熱電変換層１６の加熱側と冷却側との温度差を確保して、発電量の向上を図ることができる。

【0057】

第２高熱伝導部１２ｃの厚さは、第１高熱伝導部１２ｂよりも薄ければ、限定は無い。
ここで、良好な放熱効果が得られる第２高熱伝導部１２ｃの厚さは、例えば低熱伝導部１２ａや電極２６などの周辺部材の熱抵抗、熱電変換素子（熱電変換モジュール）のサイズ等によって、大きく異なる。従って、第２高熱伝導部１２ｃの厚さは、周辺部材の熱抵抗や熱電変換素子のサイズ等に応じて、適宜、決定すればよい。
本発明者らの検討によれば、第２高熱伝導部１２ｃの厚さは、第１高熱伝導部１２ｂの２／３以下が好ましく、１／２以下がより好ましい。第２高熱伝導部１２ｃの厚さを、第１高熱伝導部１２ｂの２／３以下とすることにより、自然放冷下であっても、熱電変換層１６の冷却側の加熱を好適に防止し、熱電変換層１６の加熱側と冷却側との温度差を確保して、発電量の向上を図ることができる。
また、第２高熱伝導部１２ｃの厚さは、５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。第２高熱伝導部１２ｃが薄すぎると、充分な放熱効果が得られない場合が有るが、５μｍ以上とすることにより、自然放冷下であっても、熱電変換層１６の冷却側の加熱を好適に防止し、熱電変換層１６の加熱側と冷却側との温度差を確保して、発電量の向上を図ることができる。

【0058】

なお、本発明において、第２高熱伝導部１２ｃが第１高熱伝導部１２ｂよりも薄いとは、第１高熱伝導部１２ｂの熱電変換層１６と逆側の表面よりも、第２高熱伝導部１２ｃの熱電変換層１６と逆側の表面が、熱電変換層１６側に位置する、という意味でもある。
本発明の熱電変換素子１０は、基本的に、第１高熱伝導部１２ｂ側を熱源３０側にして使用される。従って、第２高熱伝導部１２ｃが第１高熱伝導部１２ｂよりも薄いとは、使用状態において、第１高熱伝導部１２ｂの熱源３０側の表面よりも、第２高熱伝導部１２ｃの熱源３０側の表面が、熱源３０から離間していることを意味する。

【0059】

第２高熱伝導部１２ｃは、低熱伝導部１２ａよりも熱伝導率が高いものであれば、各種の材料からなるものが利用可能である。
具体的には、第２高熱伝導部１２ｃの形成材料としては、熱伝導率等の点で、金属が好ましく、具体的には、金、銀、銅、アルミニウム等の各種の金属は好適に例示される。中でも、熱伝導率、経済性等の点で、銅やアルミニウムは好適に利用される。また、可撓性を有する熱電変換素子（熱電変換モジュール）を得られる等の点で、第２高熱伝導部１２ｃには、金属製のシート（金属箔も含む）も、好適に利用される。

【0060】

図１Ａおよび図１Ｂに示される熱電変換素子１０において、第２高熱伝導部１２ｃは、第３高熱伝導部２０ｂと同じ矩形状の平面形状を有し、面方向において第３高熱伝導部２０ｂと完全に重複して設けられる。なお、本発明において、平面形状とは、面方向と直交する方向から見た際の形状である。
しかしながら、本発明は、これに限定はされず、第２高熱伝導部１２ｃは、面方向に第１高熱伝導部１２ｂと離間し、しかも、面方向で熱電変換層１６および第３高熱伝導部２０ｂと少なくとも一部が重複していれば、各種の形状およびサイズのものが利用可能であり、また、面方向の配置位置も、各種の位置が利用可能である。
すなわち、第２高熱伝導部１２ｃは、面方向に第１高熱伝導部１２ｂと離間し、しかも、面方向で熱電変換層１６および第３高熱伝導部２０ｂと少なくとも一部が重複していれば、好適に、熱電変換層１６の冷却側を放熱して加熱を防止できる。

【0061】

ここで、前述の第２高熱伝導部１２ｃの厚さと同様、良好な放熱効果が得られる第２高熱伝導部１２ｃの位置、サイズおよび形状等は、例えば低熱伝導部１２ａや電極２６などの周辺部材の熱抵抗、熱電変換素子（熱電変換モジュール）のサイズ等によって、大きく異なる。
従って、第２高熱伝導部１２ｃの位置、サイズおよび形状等は、周辺部材の熱抵抗や熱電変換素子のサイズ等に応じて、熱電変換層１６の冷却側の加熱を好適に防止できる構成を、適宜、決定すればよい。

【0062】

同様に、第１基板１２の第１高熱伝導部１２ｂおよび第２基板２０の第３高熱伝導部２０ｂも、両者が面方向で完全に重複しなければ、各種のサイズ、形状および位置のものが利用可能である。

【0063】

前述のように、図１Ａおよび図１Ｂに示す熱電変換素子１０では、第１基板１２の第１高熱伝導部１２ｂと、第２基板２０の第３高熱伝導部２０ｂとが、対向する端面が離間するように配置されている。
本発明は、これ以外にも、例えば、第１基板１２の第１高熱伝導部１２ｂを図中左側に移動し、第２基板２０の第３高熱伝導部２０ｂを図中右側に移動して、第１高熱伝導部１２ｂと第３高熱伝導部２０ｂとの対向する側の端部が、離間方向に同じ位置とする構成でもよい。あるいは、さらに第１基板１２の第１高熱伝導部１２ｂを図中左側に移動し、第２基板２０の第３高熱伝導部２０ｂを図中右側に移動することによって、第１高熱伝導部１２ｂと第３高熱伝導部２０ｂとの一部を、面方向で重複させてもよい。

【0064】

あるいは、第１基板に円形の第１高熱伝導部を形成し、第２基板に同サイズの正方形の第３高熱伝導部を形成して、両高熱伝導部の中心を面方向で一致させるように、両基板を配置してもよい。この構成でも、距離は短いが、両高熱伝導部は、端部（周辺）位置が面方向で異なるので、熱電変換層には面方向の温度差が生じ、厚さ方向に温度差を生じさせる熱電変換素子に比して、効率の良い発電が可能である。なお、同サイズの円形および正方形とは、直径と一辺の長さとが一致している円形および正方形である。
すなわち、本発明においては、第１基板と第２基板とで、高熱伝導部が面方向に完全に重複しなければ、第１基板および第２基板は、各種の構成が利用可能である。言い換えれば、第１基板および第２基板は、基板面と垂直方向から見た際に、第１基板と第２基板との高熱伝導部が完全に重なっていなければ、各種の構成が利用可能である。

【0065】

本発明の熱電変換素子において、被覆層は、粘着層１８および第２基板２０を構成する低熱伝導部２０ａによって形成される構成に限定はされない。
例えば、被覆層を粘着層１８のみで構成して、粘着層１８の上に、第３高熱伝導部２０ｂを面方向の同位置に貼着した構成も利用可能である。この構成においては、必要に応じて、粘着層１８の第３高熱伝導部２０ｂで覆われない部分には、樹脂フィルム等を貼着してもよい。

【0066】

別の例として、図３に概念的に示す熱電変換素子４０のように、第２基板２０に変えて、貫通しない溝部４２ａを有する金属シート４２を用いる構成が例示される。
なお、図３に示す熱電変換素子４０は、前述の図１Ａおよび図１Ｂに示す熱電変換素子１０と、多くの部材を共用するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる部位を主に行う。

【0067】

この金属シート４２を用いる熱電変換素子４０では、溝部４２ａの少なくとも一部が面方向で第１基板１２の第１高熱伝導部１２ｂと重複するように、溝部４２ａを粘着層１８に向けて、金属シート４２を粘着層１８に貼着する。従って、図３に示す例のように、面方向において、溝部４２ａが第１高熱伝導部１２ｂを完全に包含してもよい。
この熱電変換素子４０では、粘着層１８が、本発明における被覆層である。また、粘着層１８は、金属シート４２と、熱電変換層１６、電極２６および電極２８とを絶縁する絶縁層としても作用する。
この構成においても、必要に応じて、粘着層１８の金属シート４２で覆われない部分には、樹脂フィルム等を貼着してもよい。

【0068】

このような構成を有する熱電変換素子４０では、金属シート４２と粘着層１８との間には、溝部４２ａに起因する空間が形成される。
金属と空間とでは、熱伝導率は、空間の方が遥かに小さい。また、溝部４２ａは、少なくとも一部が面方向で第１高熱伝導部１２ｂと重複する。
従って、熱電変換素子４０では、金属シート４２の粘着層１８に貼着されている領域が、第２基板２０の第３高熱伝導部２０ｂと同様の第３高熱伝導部として作用し、溝部４２ａによる空間が、低熱伝導部すなわち第２基板２０の第３高熱伝導部２０ｂを有さない領域と同様に作用する。
そのため、同様に、第１基板１２側に熱源３０を設けると、第１高熱伝導部１２ｂから熱電変換層１６に至り、熱電変換層１６を図中右から左へ面方向に移動して、粘着層１８との接触面から金属シート４２に到る熱の流れが生じる。これにより、熱電変換素子４０においても、熱電変換層１６の面方向の長い距離の温度差によって、効率の良い発電が可能である。

【0069】

なお、金属シート４２の形成材料は、各種の金属材料が全て利用可能である。
具体的には、銅、アルミニウム、シリコン、ニッケル等の金属や、銅合金、ステンレス、ニッケル合金等の合金が好適に例示される。

【0070】

本発明の熱電変換素子において、大きな発電量を得るためには、第３高熱伝導部からの放熱が大きい方が好ましい。これに応じて、本発明の熱電変換素子においては、第３高熱伝導部の熱抵抗を、第１高熱伝導部の熱抵抗よりも小さくするのが好ましい。
この一例を、図４に示す。

【0071】

図１Ａおよび図１Ｂに示す熱電変換素子１０においては、第１基板１２の第１高熱伝導部１２ｂと第２基板２０の第３高熱伝導部２０ｂとは、全く同じものである。従って、第３高熱伝導部２０ｂと第１高熱伝導部１２ｂとの熱抵抗は同じである。
これに対し、図４に示す熱電変換素子４６は、第１基板１２において、第２高熱伝導部１２ｃの離間方向の長さを短くして、第３高熱伝導部２０ｂの断面積を第２高熱伝導部１２ｃの断面積よりも大きくしている。そのため、第１高熱伝導部１２ｂよりも第３高熱伝導部２０ｂの方が熱が流れ易くなり、第３高熱伝導部２０ｂの熱抵抗が、第１高熱伝導部１２ｂの熱抵抗よりも小さくなる。この際における断面積とは、面方向の断面の断面積である。
これにより、熱源３０から第１高熱伝導部１２ｂを経て熱電変換層１６に到る熱量よりも、第３高熱伝導部２０ｂからの放熱量を大きくして、自然空冷下であっても、熱電変換層１６における加熱側と冷却側との温度差を保ち、大きな発電量を得ることができる。

【0072】

第３高熱伝導部２０ｂの熱抵抗を、第１高熱伝導部１２ｂの熱抵抗よりも小さくする方法は、断面積を調節する方法以外にも、各種の方法が、利用可能である。
すなわち、部材の熱抵抗は、熱の伝導方向と直交する方向の断面積、熱の伝導方向の長さ、および、熱伝導率によって変化する。
これに応じて、第３高熱伝導部２０ｂの熱抵抗を、第１高熱伝導部の熱抵抗よりも小さくする方法は、第３高熱伝導部２０ｂの厚さを第１高熱伝導部１２ｂよりも薄くする方法、第３高熱伝導部２０ｂを第１高熱伝導部１２ｂよりも熱伝導度が高い材料で形成する方法等も利用可能である。また、断面積を調節する方法、厚さを調節する方法、および、形成部材の熱伝導度を選択する方法の、２以上を併用することにより、第３高熱伝導部２０ｂの熱抵抗を、第１高熱伝導部の熱抵抗よりも小さくしてもよい。

【0073】

本発明の熱電変換素子においては、第２高熱伝導部の冷却を行うのが好ましい。第２高熱伝導部を冷却することにより、第２高熱伝導部からの放熱を、より効率よく行い、自然空冷下であっても、熱電変換層１６における加熱側と冷却側との温度差を保ち、大きな発電量を得ることができる。
第２高熱伝導部の冷却は、公知の各種の方法が利用可能である。好ましい方法として、第２高熱伝導部と第３高熱伝導部とを、低熱伝導部および被覆層よりも熱伝導率が高い接続部材で接続する方法が例示される。

【0074】

図５Ａおよび図５Ｂに、その一例を概念的に示す。
なお、図５Ａは図１Ｂと同様の正面図であり、図５Ｂは熱電変換素子を図５Ａの図中上方から見た平面図である。
図５Ａおよび図５Ｂに示す例は、図１に示す熱電変換素子１０において、第１基板１２の低熱伝導部１２ａ、ならびに、被覆層を構成する粘着層１８および第２基板２０の低熱伝導部２０ａよりも熱伝導率が高い、第１接続部材５０、第２接続部材５２および第３接続部材５４からなる接続部材によって、第１基板１２の第２高熱伝導部１２ｃと、第２基板２０の第３高熱伝導部２０ｂとを接続した構成を有するものである。

【0075】

図１Ａおよび図１Ｂに示す熱電変換素子１０では、各部材の離間方向と直交する方向のサイズは同じである。以下、離間方向と直交する方向を『奥手方向』とも言う。
これに対し、図５Ａおよび図５Ｂに示す構成では、低熱伝導部１２ａ、粘着層１８および低熱伝導部２０ａの奥手方向のサイズが、第１高熱伝導部１２ｂ、第２高熱伝導部１２ｃ、熱電変換層１６、電極２６および電極２８、第３高熱伝導部２０ｂの奥手方向のサイズよりも大きい。また、奥手方向のサイズが小さい熱電変換層１６等は、奥手方向において、低熱伝導部１２ａ等の一方の端部に、自身の端部を一致して配置される。従って、第１および第２基板間において、熱電変換層１６等の奥手方向の他方の端部側には空間が有り、この空間は、粘着層１８で埋まった状態になっている。なお、電極２６等は、図示を省略する電力取り出し用の配線に接続される。
さらに、図１Ａおよび図１Ｂに示す熱電変換素子１０では、第２高熱伝導部１２ｃおよび第３高熱伝導部２０ｂと、第１基板１２の低熱伝導部１２ａ、電極２６、粘着層１８および第２基板２０の低熱伝導部２０ａとは、離間方向の外側の端部が一致している。
これに対し、図５Ａおよび図５Ｂに示す構成では、低熱伝導部１２ａおよび低熱伝導部２０ａや粘着層１８は、第２高熱伝導部１２ｃおよび第３高熱伝導部２０ｂや電極２６等に対して、離間方向の外側に向かって突出している。

【0076】

図５Ａおよび図５Ｂに示す熱電変換素子において、低熱伝導部１２ａの熱電変換層１６と逆側の面には、奥手方向および離間方向の端部に、第２高熱伝導部１２ｃに接続（接触）する第１接続部材５０が設けられる。
低熱伝導部２０ａの熱電変換層１６と逆側の面には、奥手方向および離間方向の端部に、第３高熱伝導部２０ｂに接続する第２接続部材５２が設けられる。
さらに、低熱伝導部１２ａ、粘着層１８、低熱伝導部２０ａおよび第２接続部材５２を貫通するスルーホールが形成され、このスルーホールを挿通して第３接続部材５４が設けられ、第１接続部材５０と第２接続部材５２とを接続している。

【0077】

第１接続部材５０、第２接続部材５２および第３接続部材５４は、いずれも、第１基板１２の低熱伝導部１２ａ、粘着層１８および第２基板２０の低熱伝導部２０ａよりも、熱伝導率が高い。また、第１接続部材５０は第２高熱伝導部１２ｃに接続し、第２接続部材５２は第３高熱伝導部２０ｂに接続している。
従って、第２高熱伝導部１２ｃと第３高熱伝導部２０ｂとは、充分な伝熱が可能な状態すなわち熱的に接続され、第２高熱伝導部１２ｃと第３高熱伝導部２０ｂとの間で良好な熱伝導率で伝熱が行われる。

【0078】

前述のように、第２基板２０側すなわち第３高熱伝導部２０ｂ側は、冷却側であり、放熱フィン等の放熱手段３２が設けられる。そのため、第２高熱伝導部１２ｃが加熱されても、第２高熱伝導部１２ｃの熱は、第１接続部材５０、第２接続部材５２および第３接続部材５４からなる接続手段に伝熱されて、第３高熱伝導部２０ｂに伝熱されて放熱し、その結果、第２高熱伝導部１２ｃが冷却される。
従って、第２高熱伝導部１２ｃと第３高熱伝導部２０ｂとを接続する接続部材を有することにより、第２高熱伝導部１２ｃを冷却して、第２高熱伝導部１２ｃからの放熱を、より効率よく行うことができる。その結果、自然空冷下であっても、熱電変換層１６における加熱側と冷却側との温度差を保ち、より大きな発電量を得ることができる。

【0079】

接続部材すなわち第１接続部材５０、第２接続部材５２および第３接続部材５４は、低熱伝導部１２ａ、粘着層１８および低熱伝導部２０ａよりも熱伝導率が高いものであれば、各種の材料からなるものが利用可能である。
具体的には、熱伝導率等の点で、金属が好ましく、第２高熱伝導部１２ｃ等と同様に、金、銀、銅、アルミニウム等の各種の金属が例示される。中でも、熱伝導率、経済性等の点で、銅およびアルミニウムは好適に利用される。また、第１接続部材５０、第２接続部材５２および第３接続部材５４、中でも特に第３接続部材５４は、銀ペースト等の金属ペーストを用いて作製してもよい。

【0080】

なお、図５Ａおよび図５Ｂに示される例は、第２高熱伝導部１２ｃに接続する第１接続部材５０、第３高熱伝導部２０ｂに接続する第２接続部材５２、および、第３接続部材５４を用いて、いわば間接的に第２高熱伝導部１２ｃと第３高熱伝導部２０ｂとを接続しているが、本発明は、これに限定はされない。
すなわち、熱電変換素子の構成上可能であれば、第２高熱伝導部１２ｃと第３高熱伝導部２０ｂとを、１つの接続部材で直接的に接続してもよい。

【0081】

図５Ａおよび図５Ｂに示される例は、より好ましい態様として、接続部材によって第２高熱伝導部１２ｃと第３高熱伝導部２０ｂとを接続して、第２高熱伝導部１２ｃを冷却しているが、前述のように、本発明の熱電変換素子において、第２高熱伝導部の冷却方法は、各種の方法が利用可能である。
一例として、図６Ａおよび図６Ｂに示される構成が例示される。図６Ａおよび図６Ｂに示される熱電変換素子は、接続部材に変えて補助部材を設けた以外は、基本的に、図５Ａおよび図５Ｂに示される熱電変換素子と同様の構成を有する。

【0082】

図６Ａおよび図６Ｂに示す熱電変換素子において、低熱伝導部１２ａの熱電変換層１６と逆側の面には、奥手方向および離間方向の端部に、第２高熱伝導部１２ｃに接続（接触）する、前述の第１接続部材５０と同様の第１補助部材５８が設けられる。
低熱伝導部２０ａの熱電変換層１６と逆側の面には、奥手方向に長尺で、第３高熱伝導部２０ｂとは離間する第２補助部材６０が設けられる。第２補助部材６０は、低熱伝導部１２ａ、粘着層１８および低熱伝導部２０ａよりも熱伝導率が高い。
さらに、低熱伝導部１２ａ、粘着層１８、低熱伝導部２０ａおよび第２補助部材６０を貫通するスルーホールが形成され、このスルーホールを挿通して、前述の第３接続部材５４と同様の第３補助部材６２が設けられ、第１補助部材５８と第２補助部材６０とを接続している。

【0083】

この構成では、第２高熱伝導部１２ｃの冷却に、放熱手段３２によって冷却される第３高熱伝導部２０ｂを利用できない。
しかしながら、例えば、第２補助部材６０に放熱シートを貼着する等の方法で、第２補助部材６０を冷却すれば、第２高熱伝導部１２ｃが加熱されても、第２高熱伝導部１２ｃの熱は、第１補助部材５８、第３補助部材６２および第２補助部材６０に伝熱されて、放熱シートから放熱され、その結果、第２高熱伝導部１２ｃが冷却される。
従って、この構成でも、第２高熱伝導部１２ｃを冷却して、第２高熱伝導部１２ｃからの放熱を、より効率よく行うことができ、自然空冷下であっても、熱電変換層１６における加熱側と冷却側との温度差を保ち、より大きな発電量を得ることができる。

【0084】

図７Ａ〜図７Ｅに、このような本発明の熱電変換素子１０を、複数、直列に接続してなる、本発明の熱電変換モジュールの一例を概念的に示す。なお、図７Ａおよび図７Ｅは正面図、図７Ｂ〜図７Ｄは平面図である。
本例において、第１基板１２Ａおよび第２基板２０Ａは、矩形板状の低熱伝導部の表面に、一方向に長尺な四角柱状の第１高熱伝導部１２ｂおよび第３高熱伝導部２０ｂを、四角柱の低熱伝導部に接触する一辺の長さと等間隔で、四角柱の長手方向と直交する方向に配列してなる構成を有する。
すなわち、第１基板１２Ａおよび第２基板２０Ａは、一面の表面の全面が低熱伝導部で、他方の表面では、一方向に長尺な低熱伝導部と高熱伝導部とが、長手方向と直交する方向に等間隔で交互に形成された構成を有する（図７Ａ、図７Ｃおよび図７Ｄ参照）。

【0085】

図７Ｄおよび図７Ｅに示すように、第１基板１２Ａには、第１高熱伝導部１２ｂの間に、第１高熱伝導部１２ｂと同方向に長尺な第２高熱伝導部１２ｃが形成される。前述のように、第２高熱伝導部１２ｃは、第１高熱伝導部１２ｂよりも薄い。
さらに、第１基板１２Ａの高熱伝導部の形成面には、外周部の第１高熱伝導部１２ｂおよび第２高熱伝導部１２ｃ（低熱伝導部１２ａ）の形成領域外に、第２高熱伝導部１２ｃと同じ厚さの第１接続部材５０が形成される。図示例において、第１接続部材５０と第２高熱伝導部１２ｃとは、同じ材料によって一体的に形成される。すなわち、第１接続部材５０と第２高熱伝導部１２ｃとは接続されている。なお、第１高熱伝導部１２ｂと第１接続部材５０とは、完全に離間している。
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、第２基板２０Ａ（低熱伝導部２０ａ）の第３高熱伝導部２０ｂの形成面には、外周部の第３高熱伝導部２０ｂの形成領域外に、第２接続部材５２が形成される。図示例において、第２接続部材５２と第３高熱伝導部２０ｂとは、同じ材料によって一体的に形成される。すなわち、第２接続部材５２と第３高熱伝導部２０ｂとは接続されている。なお、第２接続部材５２の厚さは、第３高熱伝導部２０ｂと同じでも、第３高熱伝導部２０ｂより薄くてもよい。

【0086】

なお、本例においても、第１基板（第２基板）は、低熱伝導部の表面に高熱伝導部を載置した構成以外の、各種の構成が利用可能である。例えば、第１基板は、図８Ｂに概念的に示すように、第１基板は、矩形板状の低熱伝導部１２ａに、一方向（図８Ｂの紙面に直交する方向）に長尺な溝を、長手方向と直交する方向に溝の幅と等間隔で形成して、この溝に第１高熱伝導部１２ｂおよび第２高熱伝導部１２ｃを組み込んでなる構成でもよい。

【0087】

図７Ｃに示すように、熱電変換層１６は矩形の平面形状を有し、第１基板１２Ａの全面が低熱伝導部１２ａ側の表面に形成される。熱電変換層１６は、面方向において、中心を、低熱伝導部１２ａと第１高熱伝導部１２ｂとの境界と一致して、形成される。
熱電変換層１６の図７Ｃの横方向のサイズは、第１高熱伝導部１２ｂの幅に対して０．５倍以上２．０倍未満の間に設定される。以下、図７Ｃの横方向を『横方向』とも言う。すなわち、横方向とは、低熱伝導部１２ａと第１高熱伝導部１２ｂとの交互の配列方向である。また、第２高熱伝導部１２ｃと熱電変換層１６は、面方向に少なくとも一部が重複するように形成される。
熱電変換層１６は、横方向に、低熱伝導部１２ａと第１高熱伝導部１２ｂとの境界に対して、１境界置きに等間隔で形成される。すなわち、熱電変換層１６は、横方向の中心が、第１高熱伝導部１２ｂの幅の２倍の距離と同じ間隔で等間隔に形成される。
また、熱電変換層１６は、横方向に等間隔に配列された熱電変換層１６の列が、図７Ｃの上下方向に等間隔で配列されるように、二次元的に形成される。以下、図７Ｃの上下方向を『上下方向』とも言う。すなわち、上下方向とは、低熱伝導部１２ａと第１高熱伝導部１２ｂの長手方向である。
さらに、図７Ｃに示すように、熱電変換層１６の横方向の配列は、上下方向に隣接する列では、第１高熱伝導部１２ｂの幅の分だけ、横方向にズレて形成される。すなわち、上下方向に隣接する列では、熱電変換層１６は、横方向の中心が、第１高熱伝導部１２ｂの幅の分だけ、互い違いに形成される。

【0088】

ここで、本発明においては、第２高熱伝導部１２ｃと熱電変換層１６とは、面方向に少なくとも一部が重複するように形成される。

【0089】

各熱電変換層１６は、電極２６（電極２８）によって直列に接続される。具体的には、図７Ｃに示すように、図中横方向の熱電変換層１６の配列において、電極２６が、各熱電変換層１６を横方向に挟むように設けられる。これにより、横方向に配列された熱電変換層１６が、電極２６によって直列に接続される。なお、図７Ｃでは、構成を明確にするために、電極２６に網掛けをしている。
熱電変換層１６の横方向の列の端部では、上下方向に隣接する列の熱電変換層１６が、電極２６によって接続される。この横方向の列の端部での電極２６による上下方向の熱電変換層１６の接続は、一方の端部の熱電変換層１６は上側の列の同側端部の熱電変換層１６と接続され、他方の端部の熱電変換層１６は下側の列の同側端部の熱電変換層１６と接続される。
これにより、全ての熱電変換層１６が、横方向に、複数回、折り返した１本の線のように直列で接続される。

【0090】

図７Ｂおよび図７Ｃを参照して、熱電変換層１６および電極２６の上に、第２基板２０Ａの全面が低熱伝導部２０ａである側を下方にして、かつ、第１基板１２Ａの低熱伝導部１２ａと第１高熱伝導部１２ｂとの境界と、第２基板２０Ａの低熱伝導部２０ａと第３高熱伝導部２０ｂとの境界を一致させて、第２基板２０Ａが積層される。
この積層は、第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂと第２基板２０Ａの第３高熱伝導部２０ｂとが、横方向に互い違いになるように行われる。
なお、図示はされないが、第２基板２０Ａの積層に先立ち、第１基板１２Ａを全面的に覆うように、熱電変換層１６および電極２６の上に粘着層１８が形成される。

【0091】

従って、第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂと、第２基板２０Ａの低熱伝導部２０ａのみの領域とが面方向に一致して対面し、かつ、第１基板１２Ａの低熱伝導部１２ａおよび第２高熱伝導部１２ｃが形成された領域と、第２基板２０Ａの第３高熱伝導部２０ｂが形成された領域とが面方向に一致して対面する。
また、第１基板１２Ａにおいて第１高熱伝導部１２ｂの間に形成される第２高熱伝導部１２ｃは、面方向に第３高熱伝導部２０ｂと重複する。

【0092】

さらに、低熱伝導部１２ａ、粘着層１８、低熱伝導部２０ａおよび第２接続部材５２を貫通して１個以上のスルーホール（図示省略）を形成し、例えばスルーホールに銀ペースト等を充填することによって、第３接続部材（図示省略）を形成して第１接続部材５０と第２接続部材５２とを接続する。これにより、接続部材によって第２高熱伝導部１２ｃと第３高熱伝導部２０ｂとを接続する。
これにより、本発明の熱電変換素子１０を、複数、直列に接続してなる、本発明の熱電変換モジュールが構成される。

【0093】

ここで、前述のように、熱電変換層１６の横方向の配列は、上下方向に隣接する列では、熱電変換層１６の横方向の中心線が、第１高熱伝導部１２ｂ（すなわち第３高熱伝導部２０ｂ）の幅の分だけ、横方向にズレて形成される。すなわち、上下方向に隣接する列では、熱電変換層１６は、熱電変換層１６の横方向の中心線が、第１高熱伝導部１２ｂの幅の分だけ、互い違いに形成される。
そのため、折り返した１本の線のように直列に接続された熱電変換層１６は、接続方向の一方向の流れにおいて、全ての熱電変換層１６が、一方の半分が第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂと第２基板２０Ａの低熱伝導部２０ａのみの領域とに対面し、他方の半分が第１基板１２Ａの低熱伝導部１２ａのみの領域と第２基板２０Ａの第３高熱伝導部２０ｂとに対面する。
例えば、図７Ｃの上から下への直列の接続方向で見た場合には、図７Ｂ〜図７Ｄに示すように、全ての熱電変換層１６が、上流側半分が第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂおよび第２基板２０Ａの低熱伝導部２０ａのみの領域に対面し、下流側の半分が第１基板１２Ａの低熱伝導部１２ａのみの領域および第２基板２０Ａの第３高熱伝導部２０ｂに対面する。
従って、第１基板１２Ａ側に熱源を配置した際に、直列に接続された全ての熱電変換層１６で、接続方向に対する熱の流れ方向すなわち発電した電気の流れ方向が一致し、熱電変換モジュールが適正に発電を行うことができる。

【0094】

以下に、図７Ａ〜図７Ｅに示す熱電変換モジュールの製造方法の一例を説明する。なお、本発明の熱電変換素子は、この熱電変換モジュールの製造方法に準じて製造できる。

【0095】

まず、低熱伝導部１２ａ、第１高熱伝導部１２ｂ、第２高熱伝導部１２ｃおよび第１接続部材５０を有する第１基板１２Ａ（第１基板１２）、および、低熱伝導部２０ａ、第３高熱伝導部２０ｂおよび第２接続部材５２を有する第２基板２０Ａ（第２基板２０）を用意する。

【0096】

第１基板１２Ａおよび第２基板２０Ａは、フォトリソグラフィー、エッチング、成膜技術等を利用して、公知の方法で作製すればよい。
例えば、ポリイミドの両面に銅が積層された銅ポリイミドフィルムを用意する。この銅ポリイミドフィルムは、市販品も利用可能である。
第１基板１２Ａおよび第２基板２０Ａは、この銅ポリイミドフィルム一面を全てエッチングし、もう一方の面を目的とする高熱伝導部等のパターンとなるようにエッチング（ハーフエッチング）して不要な銅を除去することにより作成することができる。また、低熱伝導部となるシート状物を用意し、このシート状物に、帯状の高熱伝導部を長手方向と直交する方向に貼着し、さらに、高熱伝導部の形成領域外に所定形状の接続部材を貼着して、第１基板１２Ａおよび第２基板２０Ａを作製する方法も利用可能である。

【0097】

次いで、第１基板１２Ａの全面が低熱伝導部１２ａである面の熱電変換層１６に対応する位置に、熱電変換層１６を面方向で挟むように、電極２６および電極２８を形成する。
電極２６および電極２８の形成は、メタルマスクを用いる真空蒸着法など、電極２６および電極２８の形成材料等に応じて、公知の方法で行えばよい。
また、電極２６および電極２８の形成に先立ち、電極の形成面にクロム層などの密着層を形成してもよい。

【0098】

次いで、第１基板１２Ａの全面が低熱伝導部１２ａである面の目的とする位置に、熱電変換層１６を形成する。なお、図示例の熱電変換素子１０においては、熱電変換層１６が、電極２６および電極２８の端部を覆うように形成する。
熱電変換層１６は、用いる熱電変換材料に応じて、公知の方法で形成すればよい。
例えば、熱電変換材料とバインダとを有する塗布組成物を調製して、この塗布組成物をスクリーン印刷やインクジェット等の公知の方法でパターニングして塗布して、乾燥し、バインダを硬化することにより、バインダに熱電変換材料を分散してなる熱電変換材料を形成する方法が例示される。
また、熱電変換材料としてＣＮＴを用いる場合には、分散剤（界面活性剤）を用いてＣＮＴを水に分散してなる塗布組成物を調製して、この塗布組成物を同様に公知の方法でパターニングして塗布して、乾燥することにより、主にＣＮＴと界面活性剤とから熱電変換層を形成する方法が例示される。この際においては、塗布組成物を乾燥した後、アルコール等の分散剤を溶解する洗浄剤で熱電変換層を洗浄することで分散剤を除去し、その後、洗浄剤を乾燥することにより、実質的にＣＮＴのみからなる熱電変換層とするのが好ましい。洗浄は、熱電変換層を洗浄剤に浸漬する方法や、熱電変換層を洗浄剤で濯ぐ方法等で行えばよい。
また、熱電変換材料としてニッケルあるいはニッケル合金を用いる場合には、真空蒸着やスパッタリング等の気相成膜法によって、メタルマスク等を用いる公知の方法で、ニッケルあるいはニッケル合金からなる熱電変換層をパターン形成する方法が例示される。
あるいは、第１基板１２の全面に熱電変換層を形成して、エッチング等によって、熱電変換層１６をパターン形成してもよい。

【0099】

次いで、第１基板１２Ａの全面に対応して、熱電変換層１６、電極２６および電極２８を覆って、粘着層１８を形成する。粘着層１８は、粘着層１８の形成材料に応じて、塗布法等の公知の方法で形成すればよい。また、両面テープや粘着フィルムを利用して粘着層１８を形成してもよい。
次いで、用意した第２基板２０Ａを、第３高熱伝導部２０ｂが形成されていない側を向けて、位置合わせして粘着層１８に貼着して、熱電変換モジュール（熱電変換素子１０）を作製する。
あるいは、第１基板１２Ａに粘着層１８を形成するのではなく、第２基板２０Ａの第３高熱伝導部２０ｂが形成されていない面に粘着層１８を形成して、第１基板１２Ａに貼着してもよい。

【0100】

さらに、低熱伝導部１２ａ、粘着層１８、低熱伝導部２０ａおよび第２接続部材５２を貫通して、一カ所あるいは複数箇所にスルーホールを形成し、例えばスルーホールに銀ペースト等を注入して、第３接続部材５４を形成して第１接続部材５０と第２接続部材５２とを接続することにより、第２高熱伝導部１２ｃと第３高熱伝導部２０ｂとを接続して、熱電変換モジュール（熱電変換素子１０）を作製する。
第３接続部材５４を複数箇所に形成する場合は、等間隔で形成しても、非等間隔で形成してもよい。

【0101】

本発明の熱電変換モジュール（熱電変換素子）を熱源に接着し、発電する際には、熱伝導接着シートや熱伝導性接着剤を用いてもよい。なお、前述のように、本発明の熱電変換モジュールは、基本的に、第１基板１２Ａすなわち第１高熱伝導部１２ｂを熱源側にして使用する。
熱電変換モジュールの加熱側、もしくは冷却側に貼付して用いられる熱伝導接着シートおよび熱伝導性接着剤には特に限定はない。従って、市販されている熱伝導接着シートや熱伝導性接着剤を用いることができる。熱伝導接着シートとしては、例えば、信越シリコーン社製のＴＣ−５０ＴＸＳ２、住友スリーエム社製のハイパーソフト放熱材５５８０Ｈ、電気化学工業社製のＢＦＧ２０Ａ、日東電工社製のＴＲ５９１２Ｆ等を用いることができる。なお、耐熱性の観点から、シリコーン系粘着剤からなる熱伝導接着シートが好ましい。熱伝導性接着剤としては、例えば、スリーエム社製のスコッチ・ウェルドＥＷ２０７０、アイネックス社製のＴＡ−０１、シーマ電子社製のＴＣＡ−４１０５、ＴＣＡ−４２１０、ＨＹ−９１０、薩摩総研社製のＳＳＴ２−ＲＳＭＺ、ＳＳＴ２−ＲＳＣＳＺ、Ｒ３ＣＳＺ、Ｒ３ＭＺ等を用いることができる。
熱伝導接着シートや熱伝導性接着剤を用いることで、熱源との密着性が向上して熱電変換モジュールの加熱側の表面温度が高くなる、冷却効率が向上して熱電変換モジュールの冷却側の表面温度を低くできるなどの効果により、発電量を高くすることができる。

【0102】

さらに、熱電変換モジュールの冷却側すなわち第３高熱伝導部２０ｂ側の表面には、ステンレス、銅、アルミニウム等の公知の材料からなる放熱フィン（ヒートシンク）や放熱シートを設けてもよい。放熱フィン等を用いることで、熱電変換モジュールの低温側をより好適に冷却することができ、熱源側と冷却側との温度差が大きくなり、熱電効率がより向上する点で好ましい。
なお、本発明の熱電変換モジュール（熱電変換素子）では、通常、第２基板２０Ａ側が冷却側になる。

【0103】

放熱フィンとしては、太陽金網社製のＴ−Ｗｉｎｇ、事業創造研究所製のＦＬＥＸＣＯＯＬや、コルゲートフィン、オフセットフィン、ウェービングフィン、スリットフィン、フォールディングフィンなどの各種フィンなどの公知のフィンを用いることができる。特に、フィン高さのあるフォールディングフィンを用いるのが好ましい。
放熱フィンのフィン高さとしては１０〜５６ｍｍ、フィンピッチとしては２〜１０ｍｍ、板厚としては０．１〜０．５ｍｍが好ましく、放熱特性が高く、モジュールの冷却ができ発電量が高くなる点で、フィン高さが２５ｍｍ以上であるのがより好ましい。また、フィンのフレキシブル性が高い、軽量である等の点で、板厚０．１〜０．３ｍｍのアルミ製を用いるのが好ましい。
また、放熱シートとしては、パナソニック社製のＰＳＧグラファイトシート、沖電線社製のクールスタッフ、セラミッション社製のセラックα等の公知の放熱シートを用いることができる。

【0104】

このような本発明の熱電変換素子および熱電変換モジュールは、各種の用途に利用可能である。
一例として、温泉熱発電機、太陽熱発電機、廃熱発電機などの発電機や、腕時計用電源、半導体駆動電源、小型センサ用電源などの各種装置（デバイス）の電源等、様々な発電用途が例示される。また、本発明の熱電変換素子の用途としては、発電用途以外にも、感熱センサや熱電対などのセンサー素子用途も例示される。

【0105】

以上、本発明の熱電変換素子および熱電変換モジュールについて詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

【実施例】

【0106】

以下、本発明の具体的実施例を挙げて、本発明の熱電変換素子および熱電変換モジュールについて、より詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0107】

［実施例１］
（両面銅張ポリイミド基板の処理）
接着剤フリーの両面銅張ポリイミド基板（パナソニック電工社製、FELIOS R-F775）を用意した。この銅張ポリイミド基板は、サイズが１１０×８０ｍｍで、ポリイミド層の厚さが２０μｍ、銅層の厚さが７０μｍのものである。
この両面銅張ポリイミド基板の一面の銅層を、エッチング処理により完全に除去した。

【0108】

（第１基板の作製）
一面の銅層を除去した銅張ポリイミド基板の残った銅層をエッチング処理およびハーフエッチング処理して、厚さが７０μｍで、幅が０．７５ｍｍで、ピッチが１．５ｍｍの銅ストライプパターン１と、厚さが３０μｍで、幅が０．２ｍｍで、ピッチが１．５ｍｍの銅ストライプパターン２とを形成した。すなわち、銅ストライプパターン１同士の間隔は０．７５ｍｍ、銅ストライプパターン２同士の間隔は１．３ｍｍである。なお、銅ストライプパターン１と銅ストライプパターン２とは、互いの間隔が０．２７５ｍｍとなるような配置とした。
同時に、銅張ポリイミド基板の外周部のストライプパターンを形成しない領域に、厚さが３０μｍで幅１０ｍｍの、全ての銅ストライプパターン２に接続する銅パターンを形成した。なお、銅ストライプパターン１と銅パターンとは、離間するように形成した。
これにより、厚さが７０μｍで、幅が０．７５ｍｍの帯状の第１高熱伝導部１２ｂを１．５ｍｍピッチで有し、厚さが３０μｍで、幅が０．２ｍｍの帯状の第２高熱伝導部１２ｃも同様に１．５ｍｍピッチで有し、さらに、厚さが３０μｍで幅が１０ｍｍで全ての第２高熱伝導部１２ｃに接続する第１補助部材（第１接続部材５０）を有する、図７Ｄおよび図７Ｅに示すような第１基板１２Ａを作製した。
前述のように、銅ストライプパターン１と銅ストライプパターン２との間隔は０．２７５ｍｍであるので、作製する熱電変換素子における第１高熱伝導部１２ｂと第２高熱伝導部１２ｃとの間隔は０．２７５ｍｍである。また、第１高熱伝導部１２ｂ等すなわちストライプパターンの幅方向が、熱電変換素子における離間方向となる。

【0109】

（第２基板の作製）
また、一面の銅層を除去した銅張ポリイミド基板の残った銅層をエッチング処理して、厚さが７０μｍで、幅が０．７５ｍｍで、ピッチが１．５ｍｍの銅ストライプパターン３を形成した。すなわち、銅ストライプパターン３同士の間隔は０．７５ｍｍである。
同時に、銅張ポリイミド基板の銅ストライプパターン３を形成しない外周部に、幅が１０ｍｍの銅パターンを形成した。なお、銅パターンは、第１基板１２Ａの第１補助部材に対応する位置に、全ての銅ストライプパターン３と離間して形成した。
これにより、厚さが７０μｍで、幅が０．７５ｍｍの帯状の第３高熱伝導部２０ｂを、１．５ｍｍピッチで有し、さらに、外周部に、第３高熱伝導部２０ｂと接続しない厚さが７０μｍの第２補助部材を有する第２基板を作製した。すなわち、この第２基板は、第２接続部材５２と第３高熱伝導部２０ｂとが接続しない以外は、図７Ａおよび図７Ｂに示す第２基板２０Ａと同様の構成を有するものである。

【0110】

（電極および熱電変換層の作製）

【0111】

第１基板１２Ａの全面がポリイミドである面（平坦な面）の全面に、真空蒸着法によって、厚さ０．０５μｍのクロムからなる密着層を形成した。次いで、次に形成する熱電変換層１６の形成位置に応じて、真空蒸着法によって、厚さ０．５μｍの銅からなる電極２６を形成した。なお、電極は、メタルマスクを用いてパターン形成した。
さらに、電極２６の離間方向の端部を覆うように、真空蒸着法によって、厚さ１μｍのニッケルからなる熱電変換層１６を形成した。熱電変換層１６は、メタルマスクを用い、０．７５×１．５ｍｍの矩形パターンを１１８５個形成した。
熱電変換層１６は、第１高熱伝導部１２ｂと低熱伝導部２０ａとの境界（銅ストライプパターン１の境界）と、０．７５×１ｍｍのパターンの０．７５ｍｍ側の中心とが一致するように形成した（図７Ｃ参照）。

【0112】

（熱電変換モジュールの作製）
一方で、全面がポリイミドである面（平坦な面）の全面に、粘着層１８として、厚さ３０μｍの粘着剤（日東電工社製、両面テープＮｏ．５６３０）を貼着した。次いで、０．４ＭＰａ、４０℃で、２０分、オートクレーブ処理を行った。
オートクレーブ処理を行った第２基板と、熱電変換層を形成した第１基板とを、第３高熱伝導部２０ｂと、第１高熱伝導部１２ｂおよび第２高熱伝導部１２ｃとの長手方向と一致させて、かつ、第３高熱伝導部２０ｂと第１高熱伝導部１２ｂとが面方向すなわち横方向に一致しないように積層、貼着して、積層フィルムを作製した。
次いで、レーザ加工によって、第２補助部材、低熱伝導部２０ａ、粘着層１８および低熱伝導部１２ａを貫通する穴あけ加工を行い、φ３ｍｍのスルーホールを３箇所に等間隔で形成した。次いで、スルーホールに銀ペーストを充填して第３補助部材を形成して、第１基板に形成した第１補助部材と第２基板に形成した第２補助部材とを接続した。
これにより、第２基板の第３高熱伝導部２０ｂと第２接続部材５２とが接続しない以外は、図７Ａ〜図７Ｅに示されるような熱電変換モジュール作製した。さらに、第２補助部材に、放熱シート（沖電線社製、クールスタッフ）を貼着した。

【0113】

（発電量の評価）
作製した熱電変換モジュールを、熱伝導接着シート（信越化学工業社製、ＴＣ−５０ＴＸＳ２）を用いて、φ８０ｍｍのパイプ状ヒーターに接着した。
また、熱電変換モジュールの第３高熱伝導部２０ｂの上に熱伝導接着シート（信越化学工業社製、ＴＣ−５０ＴＸＳ２）をさらに接着した。さらに、アルミ製のフォールディングフィン（サイズ５０×６０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、ピッチ７ｍｍ、板厚０．５ｍｍ、最上インクス社製）を熱電変換モジュールの曲面に追随するように固定した。なお、フォールディングフィンは第３高熱伝導部２０ｂの形成領域上のみに固定した。
パイプ状ヒーターの温度を１２０℃、室内温度を２０℃に設定し、発電量を測定した。測定方法は、直列に接続した最上流の熱電変換層１６の電極および最下流の熱電変換層１６の電極と、ソースメーター（ケースレー社製、ソースメーター２４５０）とを接続し、開放電圧と短絡電流とを計測し、下記式から発電量を求めた。
（発電量）＝０．２５×（開放電圧）×（短絡電流）
その結果、発電量は６μＷであった。

【0114】

［実施例２］
（熱電変換モジュールの作製）
第２基板の作製において、第２補助部材となる銅パターンと、第３高熱伝導部２０ｂとなる全ての銅ストライプパターン３とが接続するようにして、全ての第３高熱伝導部２０ｂと接続する第２接続部材５２を有する、図７Ａおよび図７Ｂに示すような第２基板２０Ａを作製した。また、第２補助部材（第２接続部材５２）には、放熱シートを貼着しなかった。これ以外は、実施例１と同様に熱電変換モジュールを作製した。
（発電量の評価）
アルミ製のフォールディングフィンとして、サイズ５０×６０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、ピッチ７ｍｍ、板厚０．５ｍｍ（最上インクス社製）を用い、かつ、フォールディングフィンを第２基板２０Ａの全面に接着した以外には、実施例１と同様に発電量を測定した。
その結果、発電量は９μＷであった。

【0115】

［比較例１］
第１基板の作製において、第２高熱伝導部１２ｃを作製せず、かつ、スルーホールの形成および第３接続部材の形成を行わない以外は、実施例２と同様に熱電変換モジュールを作製した。
実施例２と同様に発電量を測定した結果、発電量は２．５μＷであった。

【0116】

［実施例３］
第１基板１２Ａの作製において、第１高熱伝導部１２ｂの幅を０．７５ｍｍから０．７ｍｍに変更した以外は、実施例２と同様に熱電変換モジュールを作製した。
実施例２の熱電変換モジュールは、各熱電変換素子において、第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂと、第２基板２０Ａの第３高熱伝導部２０ｂとは、対面する側の端部が、離間方向で一致している（離間距離０ｍｍ）。
これに対し、本例では、第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂと、第２基板２０Ａの第３高熱伝導部２０ｂとは、対面する側の端部が離間方向で０．１ｍｍ離間している（離間距離０．１ｍｍ、図１Ｂ参照）。
実施例２と同様に発電量を測定した結果、発電量は１１μＷであった。

【0117】

［実施例４］
第１基板１２Ａの作製において、第１高熱伝導部１２ｂの幅を０．７５ｍｍから０．５ｍｍに変更し、さらに、第２基板２０Ａの作製において、第３高熱伝導部２０ｂの幅を０．７５ｍｍから０．９ｍｍに変更した以外は、実施例２と同様に熱電変換モジュールを作製した。
本例では、第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂと、第２基板２０Ａの第３高熱伝導部２０ｂとは、対面する側の端部が離間方向で０．１ｍｍ離間している（離間距離０．１ｍｍ）。
実施例２と同様に発電量を測定した結果、発電量は１３μＷであった。

【0118】

［実施例５］
第１基板１２Ａの作製において、第１高熱伝導部１２ｂの幅を０．７５ｍｍから０．５ｍｍに、第２高熱伝導部１２ｃの幅を０．４ｍｍに、それぞれ変更し、さらに、第２基板２０Ａの作製において、第３高熱伝導部２０ｂの幅を０．７５ｍｍから０．９ｍｍに変更した以外は、実施例２と同様に熱電変換モジュールを作製した。
本例では、第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂと、第２基板２０Ａの第３高熱伝導部２０ｂとは、対面する側の端部が離間方向で０．１ｍｍ離間している（離間距離０．１ｍｍ）。
実施例２と同様に発電量を測定した結果、発電量は１６μＷであった。

【0119】

［実施例６］
（溝部を有する金属シートの作製）
サイズが１１０×８０ｍｍで厚さ０．２ｍｍの銅箔を用意した。
この銅箔にハーフエッチング処理を行い、深さが０．０７５ｍｍで、幅が０．８ｍｍの溝状の凹部を１．５ｍｍピッチでストライプ状に形成した。
これにより、厚さが０．２ｍｍの銅製で、深さが０．０７５ｍｍで幅が０．８ｍｍの溝部を、長手方向と直交する方向に１．５ｍｍピッチで有する、溝部を有する金属シートを作製した（図３参照）。すなわち、溝状の凹部同士の間隔は、０．７ｍｍである。
（第１基板の作製）
第１高熱伝導部１２ｂの幅を０．７５ｍｍから０．７ｍｍに変更した以外は、実施例２と同様に第１基板１２Ａを作製した。

【0120】

（熱電変換モジュールの作製）
第２基板２０Ａに変えて、この金属シートの溝部の形成面に粘着層１８を形成して、溝部の長手方向と第１高熱伝導部１２ｂの長手方向と一致し、かつ、溝部と第１高熱伝導部１２ｂとが幅方向で重複するように、第１基板１２Ａの熱電変換層１６の形成面に貼着した。これ以外は、実施例２と同様に熱電変換モジュールを作製した。
従って、本例では、金属シートの溝部形成部以外の部分が第３高熱伝導部であり、第３高熱伝導部の幅は、０．７ｍｍである。また、本例では、第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂと、金属シートの第３高熱伝導部２０ｂとは、対面する側の端部が離間方向で０．１ｍｍ離間している（離間距離０．１ｍｍ）。
（発電量の評価）
実施例２と同様に発電量を測定したところ、発電量は１６μＷであった。

【0121】

［実施例７］
金属シートの作製において、溝部の幅を０．６ｍｍとし、さらに、第１基板１２Ａの作製において、第１高熱伝導部１２ｂの幅を０．７５ｍｍから０．５ｍｍに変更した以外は、実施例６と同様に熱電変換モジュールを作製した。
従って、本例では、第３高熱伝導部の幅は、０．９ｍｍである。また、本例では、第１基板１２Ａの第１高熱伝導部１２ｂと、金属シートの第３高熱伝導部２０ｂとは、対面する側の端部が離間方向で０．１ｍｍ離間している（離間距離０．１ｍｍ）。
実施例２と同様に発電量を測定したところ、発電量は１６μＷであった。
結果を下記の表に示す。

【0122】

【表1】

表１に示されるように、第１基板に、熱電変換層１６の冷却側からの放熱を行う第２高熱伝導部１２ｃを有する本発明の熱電変換モジュールは、第２高熱伝導部１２ｃを有さない比較例１に比して、大きな発電量が得られる。また、実施例１および実施例２より、第２高熱伝導部１２ｃと第３高熱伝導部２０ｂとを低熱伝導部等よりも熱伝導率の高い接続部材で接続することにより、第２高熱伝導部１２ｃからの放熱効果をより好適に得て、発電量を大きくできる。
実施例２〜実施例５より、第１高熱伝導部１２ｂと第３高熱伝導部２０ｂとの対向面を離間方向に離間することにより発電量を大きくでき、さらに、第３高熱伝導部２０ｂの熱抵抗を第１高熱伝導部１２ｂより小さくすることにより（実施例４）、また、第２高熱伝導部１２ｃを大きくすることにより（実施例５）、発電量を大きくできる。
実施例３および実施例６、ならびに、実施例４および実施例７より、第２基板に変えて、溝部を有する金属シートを粘着層に貼着する構成を有することにより、第３高熱伝導部すなわち冷却側から熱伝導率が低い低熱伝導部（ポリイミドフィルム）を無くして、発電量を大きくできる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

【符号の説明】

【0123】

１０，４０，４６ 熱電変換素子
１２，１２Ａ 第１基板
１２ａ 低熱伝導部
１２ｂ 第１高熱伝導部
１２ｃ 第２高熱伝導部
１６ 熱電変換層
１８ 粘着層
２０，２０Ａ 第２基板
２０ａ 低熱伝導部
２０ｂ 第３高熱伝導部
２６，２８ 電極
３０ 熱源
３２ 放熱手段
４２ 金属シート
４２ａ 溝部
５０ 第１接続部材
５２ 第２接続部材
５４ 第３接続部材
５８ 第１補助部材
６０ 第２補助部材
６２ 第３補助部材

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図7E】

【図8A】

【図8B】